CN103268594A - 一种红外热像仪系统的盲元替换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种红外热像仪系统的盲元替换方法，红外焦平面阵列上的盲元被预先标识，首先对图像进行预处理，增加辅助边缘行、列，并置对应增加的辅助边缘点为0；输入经过预处理的图像，从原始图像一角开始，以当前点及周围8点构成以当前点为中心的3×3计算单元；从而，若当前点为盲元，则进行计算单元的均值计算，当前点输出为该计算单元内图像非盲元点的均值；若当前点不是盲元，则延时后直接输出，延时时间为均值计算和替换的周期。依据本发明可以使经过盲元替换后的图像效果更理想。
Description
技术领域
本发明属于红外热像仪系统盲元检测与补偿技术领域。
背景技术
近年来，红外热成像仪在军事和民用方面都得到了广泛的应用，红外探测器是红外热成像仪的基础。红外探测器也称红外焦平面阵列(IRFPA，Infra-Red Focal Plane Array )，是现代红外成像系统的核心器件，是具有对红外敏感并兼有光子探测、电荷存储和信号处理功能的新一代红外探测器。
受制作工艺、材料质量等因素的限制，红外探测器不同程度的存在盲元，因此盲元是红外探测器所必须考虑的问题。在红外探测器器件的制造过程中，由于每个探测器在阻抗、容抗、热敏面积、电阻温度系数等方面均略有差别，这导致了焦平面阵列的非均匀性。如果某个探测器的非均匀性无法通过校正消除，那么该探测器就被认为是盲元。引起盲元产生的主要原因有物理损坏、响应率的非一致性、读出电路自身及其他的与探测器的耦合的非均匀性和暗电流影响等。盲元是从器件对黑体辐射的响应程度作为量化指标，包括死像元和过热像元。其中死像元是指像元响应率小于各有效像元平均响应率1/10的像元；而过热像元为像元噪声电压大于个有效像元平均噪声电压10倍的像元。
盲元的数量及其分布对器件性能的影响很大，如果盲元过多，输出红外图像中将出现大量的亮点或暗点，严重影响图像质量。因此在成像阶段对IRFPA中的盲元进行补偿，对提高红外图像质量，改善人眼视觉效果具有重要意义。
盲元替代技术是解决盲元问题的主要办法，是指根据相邻像素或前后帧图像的相关性对盲元信息进行预测和替代的过程。红外成像系统主要是对景物的实时动态成像，根据图像信息理论，其相邻像素或相邻帧之间的图像数据具有极高的相关性。根据插值理论，对于连续变化的函数，任何一点都可以通过邻域进行插值预测。插值分为线性插值和非线性插值。非线性插值计算复杂，对于实时性要求很高的红外热成像系统显然并不适合。目前均采用线性插值技术对盲元进行替代。
从检索到的文献看，目前大多采用中断方式实现盲元替代。盲元的位置已事先做成查找表存储于热成像系统内部。当红外图像被校正后，首先被保存下来。在两帧图像的间隙，由中断触发盲元替代程序，逐一查找替代盲元。中断程序结束以后，红外图像才能输出。传统的盲元替代方式不仅增加了存储空间的要求，也导致图像输出存在1-2帧的延迟。
发明内容
本发明的目的在于提供一种红外热像仪系统的盲元替换方法，以使经过盲元替换后的图像效果更理想。
本发明采用以下技术方案：
一种红外热像仪系统的盲元替换方法，红外焦平面阵列上的盲元被预先标识，首先对图像进行预处理，增加辅助边缘行、列，并置对应增加的辅助边缘点为0；
输入经过预处理的图像，以当前点及周围8点构成以当前点为中心的3×3计算单元；
从而，若当前点为盲元，则进行计算单元的均值计算，当前点输出为该计算单元内图像非盲元点的均值；
若当前点不是盲元，则延时后直接输出，延时时间为均值计算和替换的周期。
从上述方案可以看出，依据本发明改进了传统的均值滤波算法，对边缘点进行特殊处理，最终应用到红外成像系统中，其替换过程是连续的，不会产生图像输出的延迟。由于采用相邻8个点进行均值滤波，充分考虑相邻点的关联性，从而使得图像效果更理想。
上述红外热像仪系统的盲元替换方法，若当前计算单元内的所有原始图像点均为盲元，则使用当前点的前一非盲元点替代。
上述红外热像仪系统的盲元替换方法，均值计算的方法是对计算单元中周边点在剔除盲点后求和，然后以该计算单元中原始图像剔除盲元后的点数为除数、所述和为被除数求均值后输出为当前盲元的替换值。
上述红外热像仪系统的盲元替换方法，对红外焦平面阵列上盲元进行预先标识的方法为把盲元点标识为0。
上述红外热像仪系统的盲元替换方法，图像输入时按照串行的图像像素输入方式输入，并对图像信号进行计数，盲元替换过程中，首先把图像信号送入FIFO进行缓冲，输出的值进行所述均值计算，且均值计算将得到的连续三行图像相应左、中、右三点共九个数组组成所述计算单元。
附图说明
图1为依据本发明的一种红外热像仪系统的盲元替换方法的流程图。
图2为盲元替换前的图像效果。
图3为盲元替换后的图像效果。
具体实施方式
盲元是在进行盲元替换之前预先标定的。考虑到边缘行、列不存在3×3的可能性，为此，配置虚拟的边缘行、列，只要其不影响最终的计算即可，因而，对应增加的两行（上下各一行）、两列（左右各一列），赋值为0，也就是像素值为零，也就是其整体上被用于计算，但可以被简单的消除影响。
对盲元的替代，可以从图像的一角开始进行扫描、计算并替换。如从左上角开始进行逐行替换。
考虑到整个红外成像系统的实时性以及硬件系统的资源消耗，对比背景技术的几种方案，选用帧内8邻域做平均的替代方式，并对此算法进行了做进一步改进。
假设像素(i,j)为盲元，则其替代方程为：
(1)
式中，
为
的时空邻域或空间邻域，
为邻域权系数，
，i,j为像素在笛卡尔坐标系中的坐标。权系数
要根据邻域情况做出选择，如果邻域内某个像素也同为盲元，则其对应的权系数应该为0，这样在进行计算时，不对其进行累加，其权值应按比例分配给其他邻域像素。
替代方程计算量与邻域大小成正比，实际应用中，应选择合适的邻域。采用帧内8邻域替代方式，其邻域为盲元的上下左右以及上左、上右、下左、下右8个像素。如果邻域内不存在盲元，则其替代方程为
如果邻域内存在盲元，则替代方程的权系数必须按上述原则进行调整。
如果碰到邻域内有两个或者两个以上的盲点，如果不做处理，由于盲元点的影响，得到的均值必定小于邻域内的其他值。针对此类问题，在做均值的时候剔除此盲元相邻盲元的响应值，同时上述公式应当做相应变化，除数应该为非零盲元的个数。
当输入的串行图像像素数据输入时，计数器对图像信号进行计数。图像数据输入盲元替换模块后，首先进入FIFO（First Input First Output，先入先出队列）进行缓存，输出的值进入均值计算。均值计算单元得到的连续三行图像相应左、中、右三点共九个数组成一个3×3的数据结构，采用模板
进行叠加计算并代入替代方程计算，最终得到需要替换的盲元的值。
在数据输出时，首先判断中心点的值是否为盲元（盲元点的值预先设置为零）。若判断为盲元，则将经过均值计算后的数据输出；若为正常点则将中心点延时后输出。
参见说明书附图1，因为加入FIFO缓存，在边缘行即第一行和最后一行需要进行特殊处理，采用的方法是将多输入的两行数据置为0，这样在求累加和时不会对其他数据产生影响。同时在图像的第一列和最后一列，进入均值模板时同样会存在将上一行末尾或者下一行的开头参与运算的问题。针对此问题同样在均值计算模块加入先行判断，比如针对第一列数据，在做均值加法时，其上一列数据均记为0，同时在做除法时排除这一列的数据干扰，这就是前面加入输入数据计数的原因。
最后，如果存在3×3的模板内数据均为盲元的情况。此时在输出后的数据再加入一次判断，若输出数据为零，则使用前面一正常点进行替换，当然，这种情况比较罕见。
综上所述，本文改进了传统的均值滤波算法，对边缘点进行特殊处理，最终应用到红外成像系统中。图2为盲元没有处理的情况下抓拍的图像，图3为加入本算法后同一场景采集到的图像，通过对比可以看出，此算法得到了较理想的效果。
Claims (5)
1.一种红外热像仪系统的盲元替换方法，红外焦平面阵列上的盲元被预先标识，其特征在于，首先对图像进行预处理增加辅助边缘行、列，并置对应增加的辅助边缘点为0；
输入经过预处理的图像，从原始图像一角开始，以当前点及周围8点构成以当前点为中心的3×3计算单元；
从而，若当前点为盲元，则进行计算单元的均值计算，当前点输出为该计算单元内图像非盲元点的均值；
若当前点不是盲元，则延时后直接输出，延时时间为均值计算和替换的周期。
2.根据权利要求1所述的红外热像仪系统的盲元替换方法，其特征在于，若当前计算单元内的所有原始图像点均为盲元，则使用当前点的前一非盲元点替代。
3.根据权利要求1所述的红外热像仪系统的盲元替换方法，其特征在于，均值计算的方法是对计算单元中周边点在剔除盲点后求和，然后以该计算单元中原始图像剔除盲元后的点数为除数、所述和为被除数求均值后输出为当前盲元的替换值。
4.根据权利要求1至3任一所述的红外热像仪系统的盲元替换方法，其特征在于，对红外焦平面阵列上盲元进行预先标识的方法为把盲元点标识为0。
5.根据权利要求1所述的红外热像仪系统的盲元替换方法，其特征在于，图像输入时按照串行的图像像素输入方式输入，并对图像信号进行计数，盲元替换过程中，首先把图像信号送入FIFO进行缓冲，输出的值进行所述均值计算，且均值计算将得到的连续三行图像相应左、中、右三点共九个数组组成所述计算单元。
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Legal Events
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Denomination of invention: Blind pixel replacing method of thermal infrared imager system Effective date of registration: 20161209 Granted publication date: 20160323 Pledgee: Weihai commercial bank Limited by Share Ltd. Ji'nan branch Pledgor: SHANDONG SHEENRUN OPTICS & ELECTRONICS Co.,Ltd. Registration number: 2016370000102 |
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Denomination of invention: Blind pixel replacing method of thermal infrared imager system Effective date of registration: 20171228 Granted publication date: 20160323 Pledgee: Weihai commercial bank Limited by Share Ltd. Ji'nan branch Pledgor: SHANDONG SHEENRUN OPTICS & ELECTRONICS Co.,Ltd. Registration number: 2017370000213 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20201229 Granted publication date: 20160323 Pledgee: Weihai commercial bank Limited by Share Ltd. Ji'nan branch Pledgor: SHANDONG SHEENRUN OPTICS & ELECTRONICS Co.,Ltd. Registration number: 2017370000213 |
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Denomination of invention: A blind element replacement method for infrared thermal imager system Effective date of registration: 20210106 Granted publication date: 20160323 Pledgee: Jinan Branch of Qingdao Bank Co.,Ltd. Pledgor: SHANDONG SHEENRUN OPTICS & ELECTRONICS Co.,Ltd. Registration number: Y2021370000001 |
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Date of cancellation: 20211130 Granted publication date: 20160323 Pledgee: Jinan Branch of Qingdao Bank Co.,Ltd. Pledgor: SHANDONG SHEENRUN OPTICS & ELECTRONICS Co.,Ltd. Registration number: Y2021370000001 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A Blind Element Replacement Method for Infrared Thermal Imager System Effective date of registration: 20220815 Granted publication date: 20160323 Pledgee: Ji'nan finance Company limited by guarantee Pledgor: SHANDONG SHEENRUN OPTICS & ELECTRONICS Co.,Ltd. Registration number: Y2022980012459 |